Типы дроссельных (дисковых) клапанов (API 609)
Что такое дисковый клапан?
Дисковый клапан является регулирующим и запорным устройством, которое может быть альтернативой, в некоторых случаях, с шаровыми клапанами.
Этот тип клапана может быть классифицирован на основе нескольких параметров:
- конструкция: центрированный, сдвоенный эксцентриковый, трехэксцентриковый;
- тип концевого соединения: межфланцевое, муфтовое (полу или полностью), фланцевое и двухфланцевое;
- материал сиденья: мягкий (например, тефлон, буна, резина и т. д.) или металл (SS304, SS316);
- материалы корпуса и диска (от чугуна до высоконикелевых сплавов);
- приведение в действие: ручное (движение посредством рычажного механизма, зубчатое, червячное) и приводное (электрическое, пневматическое, гидравлическое и газо-масляное).
Дисковые клапаны могут использоваться для широкого спектра применений, таких как водоснабжение, очистка сточных вод, противопожарная защита, для химической и нефтяной промышленности, для систем обработки топлива, а также для применений в энергетической промышленности.
С введением двойных и тройных эксцентриковых конструкций дисковые клапаны все больше используются также в нефтегазовой промышленности и начали конкурировать с более традиционными клапанами, такими как шаровые и шаровые клапаны.
Принцип работы дискового клапана
Ключевым компонентом дискового клапана является диск, металлическое кольцо, которое расположено на центральной линии трубы и соединено с внешним приводом (ручной уровень или привод) с помощью стержня.
По сравнению с шаровым клапаном диск дискового клапана всегда находится в контакте с жидкостью, транспортируемой трубопроводом, и, следовательно, создает перепад давления.
В закрытом положении диск блокирует отверстие клапана, а в открытом положении диск позволяет проходить жидкости.
Движение на четверть оборота необходимо для переключения клапана из полностью открытого в полностью закрытое положение (и такое движение может быть выполнено так же быстро, как и для шаровых кранов).
Символ дроссельной заслонки на диаграммах P&ID показан на этом изображении
Технические характеристики дискового клапана
Спецификации API 609, ASME B16.34 (номинальное давление и температура), API 598 (тестирование), ASME B16.5 и ASME B16.47 (фланцевые концы) и спецификации ASME B16.25 охватывают размеры и допуски дроссельных клапанов для нефтехимической промышленности и трубопроводов.
Конструкция дискового клапана
Ключевая первая классификация между концентрическим или эксцентриковым дроссельным клапаном:
- концентрический дисковый клапан: шток центрируется в середине диска, а диск центрируется в отверстии
- эксцентриковый дисковый клапан (с двойным смещением и с тройным смещением): имеет один или несколько коротких валов (штоков), которые расположены в смещенном положении от центра клапана. Эксцентриковые дисковые клапаны также определяются как двойное или тройное смещение.
Концентрический дисковый клапан (слева), дисковый клапан с двойным смещением (в центре), дисковый клапан с тройным смещением (справа).
Концентрический дисковый клапан бабочки (центрированный)
Концентрический дисковый клапан используется на станциях очистки воды и сточных вод, системах противопожарной защиты и газоснабжения.
- Очистка воды
- Распределение воды
- Насосные установки
- Передача воды
- HVAC
- Аэрационные системы
- Очистка сточных вод
- Фильтровентиляционная установка
- Насосные установки
- Мембранные установки
- Противопожарная защита (внутри / снаружи)
- Природный газ и газ, сжигаемый в факелах
Двойной эксцентрический дисковый клапан
Двойные эксцентрические дисковые клапаны находят широкое применение в системах подземного водоснабжения и конкурируют с задвижками (особенно в больших размерах отверстий) благодаря тому, что они легче, дешевле и сводят к минимуму землеройные работы.
Трехкодовый эксцентрический дисковый клапан
Дисковые клапаны с тройным смещением изготовлены из высококачественных материалов, таких как нержавеющая сталь и дуплексная / супердуплексная сталь, и конкурируют с шаровыми кранами в критически важных применениях с заметной коррозией и высокой температурой / давлением. Дисковые клапаны с тройным смещением являются наиболее сложным типом и завоевывают долю рынка в последние годы.
Двойной по сравнению с трехкодовым эксцентрическим дисковым клапаном
Изображения показывают конструктивное различие между двойным и тройным эксцентриковым дисковым клапаном.
Материалы для дисковых клапанов
Корпус клапана
Дисковый клапан, как и любой другой тип клапана, доступен в нескольких материалах и комбинациях материалов (корпус, диск, седло).
Выбор материалов основывается на жидкости, которая должна быть закрыта, давлении и температуре применения. Ниже приведен список основных материалов, используемых для дроссельных заслонок, которые обычно являются литыми марками.
- Корпус
- Шток
- Конусный штифт
- Седло
- Диск
- Уплотнительное кольцо
- Втулка
- Ключ для вентиля
Углеродистая сталь представляет собой железо и углеродистый сплав (никакие другие легирующие элементы не добавляются для контроля свойств материала).
Для конструкции дискового клапана чаще всего используется углеродистая сталь для формирования корпуса и диска клапана с использованием процесса литья в песчаную форму.
Наиболее распространенная марка, используемая для корпусов и дисков дискового клапана, - это стали ASTM A216 WCB и LCC (с низким содержанием углерода) (которые являются литой сталью). Они используются соответственно для работы при высоких и низких температурах.
Основным преимуществом дисковых клапанов из углеродистой стали (CS) является их относительно низкая стоимость в сочетании с приемлемой производительностью (особенно для приложений с низким давлением). Недостатком клапанов из углеродистой стали является их плохая коррозионная стойкость (которую можно улучшить, применяя внешние краски или материалы внутренней облицовки, такие как тефлон).
Нержавеющая стальНержавеющие стали - это сплавы железа, никеля и хрома (минимальное содержание Cr составляет 10,5%). Добавление хрома образует самовосстанавливающийся слой оксида на поверхности материала, который защищает его от коррозии.
Когда поверхность изделия, изготовленного из нержавеющей стали, поцарапана, хром реагирует с кислородом и не дает ему реагировать с железом и ржаветь. Доступно много различных типов нержавеющих сталей, обычно называемых сериями 300 и 400.
Нержавеющие стали можно классифицировать на ферритные, аустенитные, мартенситные, дуплексные и отверждаемые осадками (14 Ph).
Эта классификация основана на микроструктуре материала путем изменения состава смешанных элементов. Наиболее распространенными типами SS, используемыми для изготовления клапанов, являются аустенитный и дуплексный.
Аустенитная нержавеющая стальАустенитные нержавеющие стали содержат (в дополнение к хрому) никель, который сохраняет высокотемпературную гранецентрированную кубическую аустенитную структуру при температурах, при которых он обычно трансформировался бы в ферритную карбоцентричную кубическую структуру.
Эта гранецентрированная кубическая структура придает материалу большую прочность и пластичность по сравнению с ферритными марками.
В зависимости от процентного содержания содержащегося никеля, жесткая аустенитная структура может сохраняться даже при очень низких температурах, что делает материал пригодным для криогенных применений.
Добавление молибдена усиливает стойкость к точечной коррозии клапана.
Дуплексная стальДуплексные нержавеющие стали (UNS S32205 и UNS S31803) имеют хорошо сбалансированную структуру как аустенитной гранецентрированной кубической, так и ферритовой объемно-центрированной структуры железа.
Композицию этого типа получают путем контроля легирующих элементов и термической обработки, выполняемой в сплаве для получения структуры, которая состоит из 50% аустенита и 50% феррита.
Нержавеющая сталь Duplex сочетает в себе более высокую прочность ферритной композиции с замечательной вязкостью аустенита.
Типы Super duplex (UNS S32750 и UNS S32760) содержат более высокие уровни хрома и молибдена для повышения устойчивости к коррозии.
Никелевая стальНикелевые сплавы используются для клапанов, подверженных очень жестким условиям эксплуатации с точки зрения жидкости, температуры и давления. Эти сплавы особенно подходят для чрезвычайно коррозионных применений, которые могут разрушить защитный оксидный слой сталей более низких сортов (как нержавеющая сталь).
Inconel, Incoloy и Hastelloy являются наиболее используемыми никелевыми сплавами, используемыми в конструкции клапанов. Основным недостатком никелевых сплавов является их высокая масса и высокая стоимость (множество клапанов из нержавеющей стали).
Титан и титановые сплавы
Титановые сплавы сочетают в себе замечательную прочность и легкий вес с превосходной коррозионной стойкостью.
Титановые сплавы имеют самое высокое отношение прочности к весу по сравнению с любым другим металлом. Подобно нержавеющим сталям, титановые сплавы имеют защитный оксидный слой на своей поверхности, который защищает изделие от ржавчины.
Титан обладает высокой устойчивостью к коррозии морской водой, особенно в средах, где присутствует гипохлорит.
Основным недостатком титановых сплавов является их высокая цена, величина нержавеющей стали и сложность производственного процесса из-за высокой реакционной способности металла (требуются специальные процедуры литья, чтобы предотвратить реакцию титана с кислородом во время плавки и разливки.
Никель, алюминий, бронзаЭто медный сплав, который содержит примерно 10% алюминия, 5% никеля и 5% железа. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, особенно в морской воде, и противостоит образованию биопленки, что часто является причиной возникновения проблем коррозии нержавеющих сталей.
Дисковые клапаны API 609 могут иметь мягкие или металлические седла. Клапаны с мягкими седлами также называются «мягкими седлами» или «упругими» дисковыми клапанами и относятся к центрированному типу. Эксцентричный дизайн (двойного или тройного смещения) доступны, как правило, с конструкцией металла сиденья, который также может быть огнестойкими.
Материал седла
Мягкий (дисковый клапан с упругим клином)Дисковые клапаны с мягким седлом (упругие) оснащены EPDM (этилен-пропиленовый каучук), VITON (фтористый каучук), NBR ( бутадиен-нитрильный каучук), BUNA-N (бутадиен-акрилонитриловый каучук) и аналогичными мягкими седлами. Дисковые клапаны с мягким седлом обычно бывают концентрического типа и подходят для не критических применений и применений с низким давлением.
Дисковый клапан с металлическим седлом
В этом случае корпус клапана и диск имеют металлическое уплотнение.
Высокопроизводительные дисковые клапаны (двойной эксцентриковые) доступны как с мягкими, так и с металлическими седлами. Дисковые клапаны с тройным смещением имеют, как правило, металлическое седло и противопожарную защиту ATEX (взрывоопасные атмосферы).
Дисковый клапан с двойным и тройным смещением.